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Pflanzen- und Landnutzung der früheisenzeitlichen Kulturen in der borealen Zone an der mittleren Kama und denen Auswirkungen auf die Umwelt

Zusammen mit politischen und sozioökonomischen Ursachen sind Klima- und andere Umweltveränderungen die Auslöser kulturellen Wandels. Ein solches Zusammenspiel von Mensch und Umwelt ist besonders stark in Gebieten mit harschen Klimabedingungen. Ein außergewöhnliches Beispiel für solche Wechselwirkungen sind die Kulturen der frühen Eisenzeit in der Borealen Zone an der mittleren Kama im europäischen Vorural. Archäologen haben zwei Hypothesen entwickelt, um die Entwicklung der Früheisenzeitlichen Kulturen zu erklären: (i) günstige Bedingungen, die während des römischen Klimaoptimums im 3. Jahrhundert v. Chr. begannen, führten an der mittleren Kama zu einer raschen Entwicklung der Wirtschaft und Bevölkerungszahl und einer kulturellen Transformation von der Ananyino zur Glyadenovo-Kultur; (ii) die im 4. bis 5. Jahrhundert n. Chr. begonnene Klimaabkühlung verminderte die biologische Produktivität der Landschaft, was eine Konkurrenz um Weiden und Acherflächen auslöste. Dies führte zur Abwanderung von Teilen der Glyadenovo-Bevölkerung aus der Region und zu Transformationen hin zur Nevolino- und Lomovatovo-Kultur. Ich möchte diese Hypothesen anhand paläoökologischer Rekonstruktionen testen. Dafür plane ich die Pflanzen- und Landnutzung der früheisenzeitlichen Gesellschaften in der Region der mittleren Kama sowie ihre Auswirkungen auf Vegetation und Landschaft zu rekonstruieren. Die Forschung wird anhand von radiokarbondatierten on-site und off-site Archiven durchgeführt. Die Multi-Proxy-Analysen werden traditionelle (Palynologie, Glühverlust, Archäobotanik, Anthrakologie, Holzanatomie) und innovative Methoden (Nicht-Pollen-Palynomorphen-Analyse, Makrocharcoal-Analyse, Isotopenstudien) kombinieren. Basierend auf Pollendaten werden Landbedeckungsrekonstruktionen unter Verwendung der Modelle REVEALS, LOVE und dem Multiple Scenario Approach durchgeführt. Die Best-Modern-Analog-Technik wird zur Abschätzung der Klima- und Waldbedeckungsänderung angewendet. Die erhaltenen Daten werden in Bezug auf die Forschungshypothesen ausgewertet. Zum Ende des Projekts werden wir den zeitlichen Verlauf der Pflanzen- und Landnutzung der früheisenzeitlichen Kulturen rekonstruieren, die Wechselwirkungen zwischen Mensch und Umwelt und die Rolle des Klimawandels bei menschlichen Migrationsprozessen bewerten. Die Ergebnisse werden zu unserem Verständnis der Subsistenzwirtschaft der Früheisenzeitlichen Kulturen in der borealen Zone und ihrer Auswirkungen auf die Umwelt beitragen.

Service Request under framework contract of ETIREACH Consortium for services on technical, scientific, health, environmental and socio-economic questions concerning the implementation of REACH Regulation, Service Request on Scoping Study on Safety Data Sheets

Forschergruppe (FOR) 5639: Land-Atmosphäre Feedback Initiative, Teilprojekt: Koordinationsfonds

Die Qualität von Wettervorhersagen, saisonalen Simulationen und Klimaprojektionen hängt entscheidend von der Darstellung von Land-Atmosphäre (L-A) Rückkopplungen ab. Diese Rückkopplungen sind das Ergebnis eines hochkomplexen Netzwerks von Prozessen und Variablen, die mit dem Austausch von Impuls, Energie und Masse im L-A-System zusammenhängen. Derzeit gibt es in diesem Bereich erhebliche Wissenslücken, die das vorgeschlagene Projekt schließen soll. Die Land Atmosphäre Feedback Initiative (LAFI) ist ein interdisziplinäres Konsortium von Wissenschaftler:innen aus Atmosphären-, Agrar- und Bodenwissenschaften, Biogeophysik, Hydrologie und Neuroinformatik, das eine neuartige Kombination fortschrittlicher Forschungsmethoden vorschlägt. Das übergeordnete Ziel von LAFI ist es, L-A-Rückkopplungen durch synergistische Beobachtungen und Modellsimulationen von der turbulenten (ca. 10 m) bis zur Meso-Gamma-Skala (ca. 2 km) über tägliche bis saisonale Zeitskalen zu verstehen und zu quantifizieren. LAFI besteht aus einer Reihe eng miteinander verflochtener Projekte, die sich mit sechs Forschungszielen und Hypothesen befassen zu 1) alternativen Ähnlichkeitstheorien, 2) der Landoberflächen-Heterogenität, 3) der Partitionierung der Evapotranspiration, 4) dem Entrainment, 5) der synergetischen Untersuchung von L-A-Feedback und 6) eine Ad-hoc-Untersuchung von Klimaextremen, falls während des gemeinsamen Feldexperiments Dürren oder Hitzewellen auftreten. Die Zusammenarbeit zwischen den zwölf Projekten wird durch drei Querschnittsarbeitsgruppen zu tiefergehendem Lernen, Sensorsynergie und Upscaling sowie dem LAFI-Multimodell-Experiment gestärkt. Unsere Forschung umfasst A) die Erweiterung und den Betrieb des Land-Atmosphere Feedback Observatory der Universität Hohenheim mit einer einmaligen Synergie von Instrumenten, z. B. die erstmalige Kombination von Messungen von Wasserisotopen, faseroptischen Temperatursensoren und scannende Lidar-Systeme sowie die Auswertung der Langzeitdatensätze des Meteorologischen Observatoriums Lindenberg des Deutschen Wetterdienstes, B) wenig untersuchte und verstandene Prozesse im L-A-System wie z. B. Entrainment, C) die Verbesserung und Anwendung von L-A Systemmodellen bis hinunter zu den turbulenz-erlaubenden Skalen mit erweiterter Darstellung von Vegetation und stabilen Wasserisotopen, D) die Anwendung von Methoden des tiefergehenden Lernens zur Identifizierung von potenziell neue Faktoren in Prozessbeschreibungen, die in das L-A-System der nächsten Generation integriert werden sollen. Damit werden wir den mehrdimensionalen Phasenraum von L-A-Systemvariablen mit prozessbasierten Metriken über eine gesamte Vegetationsperiode charakterisieren. Gefördert durch die eng verwobene Verbundforschung ist die LAFI-Forschungsgruppe in der Lage, entscheidende neue Erkenntnisse zu gewinnen, um unser Verständnis von L-A-Rückkopplungen zu vertiefen und die Kopplungsstärken über landwirtschaftliche Regionen in Mitteleuropa zu charakterisieren.

Kontextabhängigkeit der gesellschaftlichen und ökologischen Ergebnisse von Gewässerrenaturierungen

Gewässerrenaturierungsprojekte zielten bisher hauptsächlich darauf ab, natürliche lokale Habitatbedingungen wiederherzustellen und dadurch die Biodiversität zu erhöhen. Dieser habitatbasierte Ansatz auf lokaler Ebene vernachlässigt den starken Einfluss von großräumigen Umweltfaktoren. Außerdem sind die gesellschaftlichen Bedürfnisse und der Nutzen von Renaturierungen bislang kaum untersucht und ihre Beziehung zum lokalen und regionalen Umweltkontext unklar. In letzter Zeit wurden Konzepte zu den relevanten räumlichen Skalen für die Gewässerrenaturierung entwickelt, diese wurden aber noch nicht an großen Datensätzen getestet. Das COSAR-Projekt untersucht den Einfluss des gegenwärtigen und historischen räumlichen Kontextes von Renaturierungsprojekten auf die ökologischen und gesellschaftlichen Renaturierungsergebnisse. Die Projektpartner kombinieren ihre vorhandenen ökologischen Monitoringdaten von 200 Restaurierungsprojekten aus Mittel- und Nordeuropa. Zusätzlich werden Social-Media-Posts von renaturierten Standorten analysiert, um Rückschlüsse auf Ökosystemleistungen und die Interaktion der Menschen mit renaturierten Standorten zu ziehen. Das Projekt besteht aus drei Arbeitsschritten. Erstens definieren und quantifizieren wir ökologische und gesellschaftliche Indikatoren für den Erfolg von Renaturierungen und untersuchen ihre Synergien und Zielkonflikte. Zweitens kontextualisieren wir die ökologischen und gesellschaftlichen Restaurierungsergebnisse mit biotischen und abiotischen Umwelt- und sozioökonomischen Daten auf verschiedenen räumlichen Skalen, um die relevanten Treiber und Skalen zu identifizieren, die den Renaturierungserfolg fördern oder verhindern. In diesen Analysen berücksichtigen wir auch historische Umweltbedingungen. Drittens entwickeln und verbreiten wir ein interaktives Online-Werkzeug, das während der Restaurierungsplanung genutzt werden kann, um das in den ersten beiden Stufen gewonnene Wissen auf eigene Restaurierungsszenarien anzuwenden. Zusätzlich stellen wir Faktenblätter zur Verfügung und zeigen Best-Practice-Beispiele für die Renaturierungsplanung auf. Wir wenden einen transdisziplinären Ansatz an und legen großen Wert auf die Einbindung von Stakeholdern in allen Projektphasen. Diese Stakeholder vertreten verschiedene Interessengruppen aus allen am Projekt beteiligten Nationalitäten. Sie helfen bei der Identifizierung der relevanten Erfolgsindikatoren, gestalten den Fokus der Kontextanalysen, geben Ratschläge, um die Relevanz und Benutzerfreundlichkeit der Projektergebnisse sicherzustellen und fungieren als Botschafter bei der Verbreitung der Projektergebnisse. Mit diesem Projektdesign stellen wir neues Wissen und Werkzeuge zur Verfügung, um den ökologischen und gesellschaftlichen Nutzen von Renaturierungsprojekten zu fördern, die Planung vielversprechender Renaturierungsprojekte zu erleichtern um die Ziele der Wasserrahmenrichtlinie und die Sustainable Development Goals 3, 6, 14 &15 zu erreichen.

First-principles kinetic modeling for solar hydrogen production

The development of sustainable and efficient energy conversion processes at interfaces is at the center of the rapidly growing field of basic energy science. How successful this challenge can be addressed will ultimately depend on the acquired degree of molecular-level understanding. In this respect, the severe knowledge gap in electro- or photocatalytic conversions compared to corresponding thermal processes in heterogeneous catalysis is staggering. This discrepancy is most blatant in the present status of predictive-quality, viz. first-principles based modelling in the two fields, which largely owes to multifactorial methodological issues connected with the treatment of the electrochemical environment and the description of the surface redox chemistry driven by the photo-excited charges or external potentials.Successfully tackling these complexities will advance modelling methodology in (photo)electrocatalysis to a similar level as already established in heterogeneous catalysis, with an impact that likely even supersedes the one seen there in the last decade. A corresponding method development is the core objective of the present proposal, with particular emphasis on numerically efficient approaches that will ultimately allow to reach comprehensive microkinetic formulations. Synergistically combining the methodological expertise of the two participating groups we specifically aim to implement and advance implicit and mixed implicit/explicit solvation models, as well as QM/MM approaches to describe energy-related processes at solid-liquid interfaces. With the clear objective to develop general-purpose methodology we will illustrate their use with applications to hydrogen generation through water splitting. Disentangling the electro- resp. photocatalytic effect with respect to the corresponding dark reaction, this concerns both the hydrogen evolution reaction at metal electrodes like Pt and direct water splitting at oxide photocatalysts like TiO2. Through this we expect to arrive at a detailed mechanistic understanding that will culminate in the formulation of comprehensive microkinetic models of the light- or potential-driven redox process. Evaluating these models with kinetic Monte Carlo simulations will unambiguously identify the rate-determining and overpotential-creating steps and therewith provide the basis for a rational optimization of the overall process. As such our study will provide a key example of how systematic method development in computational approaches to basic energy sciences leads to breakthrough progress and serves both fundamental understanding and cutting-edge application.

Geometrische und demographische Effekte von Habitatfragmentierung auf Biodiversität auf verschiedenen räumlichen Skalen

Anthropogene Landnutzungsänderungen verursachen den Verlust und die Fragmentierung natürlicher Habitate und sind eine Hauptursache für den Rückgang der Biodiversität. Es besteht Konsens über die negativen Auswirkungen von Habitatverlusten auf die Biodiversität. Die Konsequenzen der Fragmentierung, d. h. der Zerteilung einer bestimmten Gesamthabitatfläche in kleinere Fragmente (Patches), werden jedoch immer noch kontrovers diskutiert. Das Verständnis von Fragmentierungseffekten ist insbesondere für den Erhalt der Biodiversität in anthropogen veränderten Landschaften von entscheidender Bedeutung.In diesem Projekt wollen wir bisherige widersprüchliche Ergebnisse durch ein verbessertes mechanistisches Verständnis und durch die explizite Berücksichtigung der räumlichen Skala in Einklang bringen. Für diesen Zweck unterscheiden wir zwei Arten von Fragmentierungseffekten: (i) geometrische und (ii) demografische Effekte. Geometrische Fragmentierungseffekte ergeben sich aus der räumlichen Konfiguration von Habitatveränderungen im Verhältnis zu Verbreitungsmustern von Arten. Demografische Effekte hingegen beziehen sich auf Änderungen der Geburts-, Sterbe- oder Migrationsraten in modifizierten Landschaften.Im Arbeitspaket (AP) 1 werden wir Simulationsmodelle entwickeln, um das Zusammenspiel zwischen geometrischen und demografischen Fragmentierungseffekten besser zu verstehen. Wir werden untersuchen, unter welchen Bedingungen negative Effekte auf Biodiversität auf der Patch-Skala mit positiven Fragmentierungseffekten auf der Landschaftsskala in Einklang gebracht werden können. Zudem werden wir anhand unterschiedlicher Stärken von geometrischen und demografischen Fragmentierungseffekten eine Erklärung für die positiven, neutralen und negativen Beziehungen zwischen Fragmentierung und Biodiversität auf der Landschafts-Skala herleiten.Im AP2 werden wir mithilfe simulierter Daten analytische Ansätze entwickeln, um geometrische und demografische Fragmentierungseffekte zu separieren. Wir werden drei verschiedene Ansätze testen. Durch die Verwendung simulierter Daten aus AP1 mit bekannter Stärke von geometrischen und demografischen Effekte können wir die statistische „Power“ der Ansätze für die Unterscheidung der beiden Effekte quantifizieren.Im AP3 werden wir die Methoden aus AP2 für eine Meta-Analyse früherer Studien nutzen. Dafür werden wir räumliche Biodiversitätsdaten aus Datenbanken und Primärstudien zusammentragen. In der Meta-Analyse werden wir den Einfluss des Habitat-Typs, der taxonomischen Gruppe und der Zeit seit der Landnutzungsänderung auf die relative Stärke geometrischer und demografischer Effekte quantifizieren.Die explizite Berücksichtigung geometrischer und demografischer Fragmentierungseffekte wird unser grundlegendes Verständnis der räumlichen Biodiversitätsmuster und der Dynamik von Artengemeinschaft voranbringen und ist ein Schlüssel für verbesserte Vorhersagen von Biodiversitätsveränderungen in anthropogen veränderten Landschaften.

Total suspended matter, particulate organic matter and particulate inorganic matter from discrete water samples during RV MARIA S MERIAN cruise MSM129/1

This dataset was collected during the cruise MSM129/1 with RV MARIA S. MERIAN from Warnemünde, Germany to St. John's, Canada. It contains suspended particulate matter, particulate organic matter and particulate inorganic matter measurements [mg/l] from water samples collected from the seawater supply (Reinseewassersystem, RSWS) to calibrate the turbidity data of the RSWS system. The outflow of a PocketFerrybox that was connected to the seawater supply in the hangar was used for sampling. It takes a substantial amount of time for the water to reach the hanger from the intake point. The time delay between the sensor readings of the RSWS and the PocketFerrybox was determined and the timestamps of the water sampling were adjusted accordingly. Given latitute and longitude refer to this corrected timestamp. The original time of water sampling in the hangar is given as an additional column with the comment time of sampling. To obtain suspended particulate matter concentrations, water samples were filtered onboard through 0.7 μm pore size, glass fiber filters (Whatmann GF/F, 47 mm) under low vacuum. Filters were frozen immediately at -80 °C until gravimetric analysis in the laboratory at ICBM, Wilhelmshaven according to IOCCG recommendations.

Chlorophyll a and phaeophytin a measurements from discrete water samples during RV MARIA S. MERIAN cruise MSM129/1

This dataset was collected during the cruise MSM129/1 with RV MARIA S. MERIAN from Warnemünde, Germany to St. John's, Canada. It contains chlorophyll-a measurements [µg/l] from water samples collected from the seawater supply (Reinseewassersystem, RSWS) as well as from three CTD casts to calibrate the fluorometers of the RSWS system and the CTD, respectively. The outflow of a PocketFerrybox that was connected to the seawater supply in the hangar was used for sampling. It takes a substantial amount of time for the water to reach the hanger from the intake point. The time delay between the sensor readings of the RSWS and the PocketFerrybox was determined and the timestamps of the water sampling were adjusted accordingly. Given latitute and longitude refer to this corrected timestamp. The original time of water sampling in the hangar is given as an additional column with the comment time of sampling. To obtain chl-a concentrations, water samples were filtered onboard through 0.7 μm pore size, glass fiber filters (Whatmann GF/F) under low vacuum. Filters were frozen immediately at -80 °C until extraction in laboratory by 90% acetone method. Concentrations were calculated from fluorescence measured with a pre-calibrated Turner Design TD 7200-02 laboratory fluorometer (EPA445.0, Turner Manual).

Distribution and concentration of nutrients, carbon compounds and methane in water samples in the southern German Bight (North Sea) in February 2025 , during MOSES Sternfahrt 13

Previous Sternfahrten were mainly conducted in spring and summer. To cover the seasonal aspects more thoroughly, including a winter situation, Sternfahrt 13 was conducted in February 2025 (10–12 February). We used the RV Heincke (cruise HE653/2) instead of the RV Uthörn. The Heincke's draught is greater, so we could not reach all of our previous stations. Surface and bottom water samples were taken with a rosette; in the event of stratification in the water column, an additional sample was taken from the middle.

Persistente, mobile organische Chemikalien (PMOCs) im Grundwasser - Untersuchung der Persistenz als Grundlage für die Analyse und die Verminderung der Exposition von PMOCs im Grundwasser

Persistente, mobile organische Chemikalien (PMOCs), wie p-Toluolsulfonsäure, p-Toluolsulfonamid, Sulfanilsäure und Dimethylbenzolsulfonsäure, gelangen nachweislich ins Grundwasser. Grund dafür ist vor allem ihre Mobilität: Die Substanzen können besonders leicht im Wasser durch Boden und Untergrund transportiert werden. Ihre Mobilität ist dabei ein Alleinstellungsmerkmal unter den organischen Substanzen und Schadstoffen. Die chemische Analytik von PMOCs ist wegen dieser schlechten Retentionseigentschaften außergewöhnlich herausfordernd, was eine ausgeprägte Wissenslücke über den Verbleib von PMOCs verursacht. Nur einzelne Forschergruppen weltweit können PMOCs mit Multimethoden quantifizieren. Erstmalig konnte 2019 mithilfe neuer analytischer Methoden in einer umfangreicheren Studie, geleitet durch das Department Analytik des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung GmbH - UFZ, die weite Verbreitung von PMOCs u.a. im Grundwasser im ng/L- mikro g/L Bereich nachgewiesen werden. Bisher wird die Persistenz regulatorisch, z.B. von REACH-Chemikalien (Verordnung (EG) Nr. 1907/2006: EU-Chemikalienverordnung), nicht im Grundwasser untersucht. Einzelne Studien zeigen jedoch, dass die Persistenz im Grundwasser besonders stark ausgeprägt sein kann. Dies trifft auch auf die vier erwähnten Substanzen zu, welche Halbwertszeiten von mehr als einem Jahr in Aquiferen aufweisen - jedoch mit den derzeitigen Persistenzkriterien unter REACH als nicht persistent gelten. Es bedarf Grundlagenforschung, um den Verbleib und die Persistenz im Grundwasser, und somit die Expositionssituation gegenüber Mensch und Natur, von PMOCs zu untersuchen. In diesem Projekt sollen experimentelle Instrumentarien zur Untersuchung des Verbleibs und der Persistenz von PMOCs im Grundwasser entwickelt und angewendet werden. Dies beinhaltet die Weiterentwicklung von analytischen Methoden, die Durchführung eines Monitorings und die Entwicklung eines Testsystems zur Persistenzuntersuchung in Aquiferen und zugehörigem Sediment unter verschiedenen Redox-Bedingungen. So kann die Exposition durch PMOCs untersucht und abgeschätzt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse zur Exposition und das entwickelte Testsystem zur Persistenzuntersuchung im Grundwasser könnten zu einer Weiterentwicklung der Regulation unter der REACH-Verordnung für grundwassergängige, mobile organische Substanzen beitragen.

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